固液分离技术过滤

按推动力可将过滤机区分为真空过滤机、加压过滤机和离心过滤机。
4.2.1 真空过滤机
包括间歇式和连续式两大类。
4.2.2 加压过滤机
常简称压滤机，包括间歇式和连续式两大类。
4.2.3 离心过滤机
包括间歇式和连续式两大类。
第四章 过滤
4.3 真空过滤机的性能与实践
真空过滤是借在过滤介质一侧造成一定程度的负压（真空）而使滤液 排出实现固液分离。 1）真空过滤的特点 a.推动力小，一般为0.05～0.08MPa，某些场合可达0.09 MPa； b.过滤速度较慢； c.滤饼的含水量较高； d.能在相对简单的机械条件下连续操作，工作指标良好。 2）真空过滤机的工作周期 A 成饼阶段；B 脱水阶段；C 洗涤阶段； D 压实阶段；E 干燥阶段；F 卸饼阶段
两种过滤的区别： ①颗粒粒度与过滤介质孔道：表面过滤大，深层过滤小； ②表面过滤，颗粒在一侧；深层过滤，颗粒在介质中； ③介质阻力：初始时，深层过滤大，表面过滤小；其后，表面过滤阻 力增加快，深层过滤阻力增加缓慢。
第四章 过滤
4.1 过滤的理论 4）过滤过程的特点 a. 流体通过多孔介质的流动属于极慢流动，即渗流运动； （宏观的流体力学因素，微观的物化因素）
可分为内滤式与外滤式。 内滤式与外滤式是根据滤布铺设 在转鼓的内侧还是外侧。
内滤式的滤布铺在圆筒的内表面， 其价格低，但洗涤效果差，滤布 更换困难；目前正逐渐被淘汰。
第四章 过滤
4.3.2.4 转鼓真空过滤机的结 构和工作原理
这里以几种转鼓真空过滤机为例， 简要介绍转鼓真空过滤机的结构和 工作原理。
特点：滤液澄清稳定、过滤浓度可最低至0.1%、过滤速度快、不堵塞滤 布、能处理含微细颗粒的料浆；但滤饼中会混入助滤剂，滤饼不能为产品、 预涂层费用高、滤饼体积大。主要用于制药行业。
第四章 过滤
4.3.2.5 转鼓真空过滤机有关参数选择和计算
A 转速的确定 一般为1/12～2r/min。
B 所需功率的确定
结构：
1）转鼓内腔不分格室，而且也没 有分配头；
2）转鼓下部浸入料浆中，浸没率 达50%以上； 3）整个内腔内连续保持减压； 4）滤液和洗液各有自己的排出管 线不会相混；
5）受到脉冲压缩空气的反吹，使 滤布受振卸饼获得再生；
6）过滤区和洗涤区的真空度相同， 但与空气反吹区通过密封件3严密 隔开。
特点：
主轴
扇型过滤室
过滤盘
机体由一根水平主轴和若干个圆形过滤盘构成，每个盘分成几个扇 型过滤室。 主要部件：主轴、过滤盘、分配头、料浆槽、搅拌器、瞬时吹风装 置。 过滤盘由许多单独的扇片组成，每一扇片为单独的过滤部分，外面 套有滤布，扇型片下部与空心枢轴相连。
4.3.3.3 圆盘真空过滤机的结构和工作原理
普通型用于中性或碱性料浆，还可细分为一般普通型和带蒸汽罩普通型。 耐酸型适用于酸性或腐蚀性料浆的过滤，一般有色冶炼厂都是耐酸型的圆 盘真空过滤机。
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4.3.3.3 圆盘真空过滤机的结构和工作原理
其结构见图4-16。原理见图4-17。
4.3.3.3 圆盘真空过滤机的结构和工作原理
一、结构
真空系统压力损失小，过滤能力 大；滤饼易于卸出；滤布不易堵 塞，寿命长。 但要求真空源容量大，造价高。
第四章 过滤
C 预涂层式转鼓真空过滤机
其原理是：在过滤之前，先在滤布上形成助滤剂层，然后进行过滤。预涂 层材料一般为硅藻土做助滤剂。
在工作过程中，转鼓先被形成一层厚度50～100mm的预涂层，然后进行 正式过滤，卸料时预涂层厚度也会被刮掉0.05～0.2mm。过滤始终在新鲜 的预涂层上进行。当预涂层剩10～15mm时，应停止过滤，重新形成预涂 层。
Ⅰ区：筒体浸没在料浆中，过滤区 Ⅱ区：在液面之上，称脱水区
负压，与真空泵接通
Ⅳ区：卸料区 Ⅵ区：滤布清洗区
正压，与鼓风机接通
Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ区不工作，其作用是将几个工作区分割开。
工作过程
①滤饼形成：过滤室随筒体旋转，开始时处于筒体的下部位置，浸在料
浆槽的料浆中，过滤室经过滤液管，喉管与分配头Ⅰ区相通，室内因有
负压作用使滤液透过滤布进入滤室，由真空泵抽出机外，固体颗粒附着
在滤布上形成滤饼。
过程：过滤室（浸入料浆）—喉管（连接）—分配头Ⅰ区（负压）—真
空泵（抽出滤液）—滤饼
滤饼
脱水区 卸料区
过滤区 滤布清洗区
料浆（或悬浮液）
②滤饼脱水 当滤室旋转到离开液面后，即进入滤饼脱水区，室内仍为负压，滤饼水 分不断降低。 过程：过滤室（离开水面）—喉管—分配头Ⅱ区（负压）—真空泵 ③滤饼脱落 当过滤室旋转到与分配头Ⅲ区及卸料区接通时，从鼓风机来的压力空气 吹入过滤室，使室内由负压变成正压，滤饼被吹落下来，排出机外。 过程：过滤室—喉管—分配头Ⅳ区（正压）—鼓风机—滤饼脱落
第四章 过滤
4.1.1 过滤速度基本方程式
过滤时，流过滤饼的流体，通过表面的动量传递，给固体颗粒一个曳 应力，此力通过点接触的颗粒向前传递，沿流动方向逐渐积累。若滤 饼结构在此累积的曳应力的作用下，颗粒不相互错动，滤饼的孔隙度 不产生变化，则称这种滤饼为不可压缩滤饼，否则为可压缩滤饼。所 有的滤饼都有可压缩性。
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4.1 过滤的理论
按其原理可分两大类：
a.表面过滤（滤饼过滤）：在过滤介质一侧生成由被隔留颗粒形成的 滤饼。表面过滤：适用于容积浓度＞1%的悬浮液，如：化工产品和矿 物工程产品的过滤； b.深层过滤：颗粒被阻留在过滤介质内，不需形成滤饼。深度过滤： 适用于容积浓度＜0.1%的稀悬浮液，如：水的净化等。
第四章 过滤
4.1 过滤的理论
1）定义
过滤：在压强差作用下，悬浮液中的流体（气体或液体）透过可渗性介质（过 滤介质），固体颗粒则为介质所截留，从而实现流体和固体分离的过程。
2）实现过滤的条件
具有实现分离过程所必需的设备（包括过滤介质）； 在过滤介质两侧要保持一定的压力差（推动力）。
3）过滤方法分类
按推动力可分为： 重力过滤（50kPa） 真空过滤（53～93kPa） 加压过滤（50～800kPa） 离心过滤
A 刮刀卸料式转鼓真空过滤机
主要原理见图4-13。 分若干个互不相通的区域，工作区 间分为过滤区、第一吸干区、洗涤 区、第二吸干区、卸渣区和滤布再 生区。
刮刀卸料原理见图4-14。
一般，过滤区角度为125～135°，洗涤吸干区角度为120～170 °， 卸渣再生区角度40～60 °。
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B 无格式转鼓真空过滤机
a v0 1 ( p p 0 ) n 0 1 p n
其中的 0 和 1 通过实验确定，n为常数（滤饼的压缩系数）。当n=0时，
为不可压缩滤饼，n=0～1时为可压缩滤饼。
（1）过滤速率与压力（过滤推动力）成正比，与滤液的粘度成反比。 （2）过滤速率随滤饼厚度的增大，单位面积通过的滤液量减少。 （3）过滤速率随通过滤液量的增加而减少。 （4）过滤速率决定于滤饼的性质，用比阻表示。
一般判断滤饼的过滤难易程度可通过 av 来比较， av ＜1011kg·m-2为易过滤
滤饼，
av =1012～101wenku.baidu.com kg·m-2为中等过滤阻力滤饼，
＞1013kg·m-2为难过
av
滤滤饼。
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4.2 过滤设备的分类
过滤机是利用多孔性过滤介质，截留液体与固体颗粒混合物中的固体颗粒， 而实现固、液分离的设备。
滤饼
脱水区 卸料区
过滤区 滤布清洗区
料浆（或悬浮液）
④清洗滤布 过滤室旋转到与分配头滤布清洗区Ⅵ区相通时，室内继续维持正压，此 时清洗滤布，恢复滤布的透气性，又开始下一个循环。 过程：过滤室—喉管—分配头Ⅵ区（正压）—清洗滤布—恢复滤布透气 性—进行下一个循环 过滤机工作期间，循环进行上述四个过程阶段，故其工作过程是连续的。
该过滤机适用于过滤速度中等或较 慢的料浆，滤饼厚度在3mm以上为 佳，还适合于易于堵塞滤布的料浆。
搅拌器
返回辊 卸料辊
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C 绳索卸料式转鼓真空过滤机
特点：卸料不用压缩空气及刮刀，滤饼含湿量低；但结构较复杂。结构见 图4-8。 该过滤机仅适用于卸除紧密的纤维性滤饼，如纸浆滤饼。
第四章 过滤
第四章 过滤
A 刮刀卸料式转鼓真空过滤机
第四章 过滤
B 折带卸料式转鼓真空过滤机 它是借助于行走的滤布卸除滤饼， 滤布不仅起过滤介质作用，而且也 起运载滤饼的作用。
特点：滤饼不用压缩空气吹脱，滤 饼不会返回料浆槽，可利用蒸汽吹 和水洗等方法使滤布再生，滤饼容 易卸除，含湿量低；但结构较复杂， 滤布容易磨损，滤布可能跑偏。结 滤布 构见图4-7。
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B 内部给料式转鼓真空过滤机 特点：料浆直接加在转鼓内筒里，可不另设浆槽，结构简单。结构见下图 a。 C 侧部给料式转鼓真空过滤机 特点：转鼓的侧面有一个料浆槽，料浆槽的对面一侧为卸饼位置。结构见 下图b。
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4.3.2.2 按滤饼卸料方式分类
可分为刮刀卸料式、折带卸料式、绳索卸料式和辊子卸料式转鼓真空过滤机。 A 刮刀卸料式转鼓真空过滤机 是应用最广的一种卸料方式，一般在刮刀之前需用压缩空气将滤饼吹松。特 点：结构简单，容易操作。但滤饼需要空气吹脱，且部分未脱落的滤饼会返 回料浆槽，整体过滤效率较低，降低过滤机的生产能力。
二、工作原理
脱水区 Ⅱ Ⅲ Ⅳ
ⅠⅤ
过滤区
卸料区
滤盘 料浆
Ⅰ区（过滤区）：过滤盘浸没在料浆中，室内为真空，料浆中的液体被吸入室 内成为滤液，固体颗粒附着在过滤盘两侧的滤布上成为滤饼。 Ⅱ区（脱水区）：过滤盘已离料浆面，滤饼继续脱水。 Ⅵ区（卸料区）：压缩空气即瞬时吹落空气进入过滤室内，吹落已脱水的滤饼， 吹落下的滤饼由料浆上方的漏斗排出机外。
转鼓回转轴功率
搅拌器功率 过滤机总功率
P1 (1.2~1.5)
A 10
P 2(1 .0~1 .3 )P 1
P(P 1P 2)
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4.3.3 圆盘真空过滤机
它属于连续式过滤设备，由数个过滤圆盘组成。可以过滤密度小，不易沉淀的料浆。
4.3.3.1圆盘真空过滤机的特点 1）结构紧凑、占地面积小、单位过滤面积造价低； 2）真空度损失少，耗电少； 3）可以不设搅拌装置； 4）更换滤布方便； 5）侧面过滤，过滤效果好； 6）滤饼洗涤困难，甚至不能洗涤； 7）滤饼厚度不均，含湿量高； 8）滤布易堵，难再生，卸饼困难。 4.3.3.2 圆盘真空过滤机的分类 按料浆性质可分为普通型和耐酸型。
滤饼
脱水区 卸料区
过滤区 滤布清洗区
料浆（或悬浮液）
第四章 过滤
转鼓真空过滤机按不同分类方式可分为 下面几类。
4.3.2.1 按给料方式分类 可分为顶部给料式、内部给料式和侧部 给料式。
A 顶部给料式转鼓真空过滤机 主要特点是：有助于滤饼形成，能减少 阻力，滤布再生容易，不易堵塞滤布， 但结构复杂。 结构右图。
D 辊子卸料式转鼓真空过滤机
主要用于胶状料浆的过滤。卸料辊是用能粘附滤饼的材料制成，或用橡胶 或滤布包覆在卸料辊表面制成。
特点：能有效卸除粘附滤饼，滤布更换方便，脱水率高；但滤布容易堵， 厚度大时难清除滤饼。适用于过滤浓度为5～40%、低过滤速度、粘性物 料的料浆及滤饼。
第四章 过滤
4.3.2.3 按滤布铺设方式分类
b. 悬浮液中的固体粒子是连续不断地沉积在介质内部孔隙 中或介质表面上，因而在过滤过程中，过滤阻力是不断增 加的。
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4.1.1 过滤速度基本方程式
鲁思的过滤速度基本方程式为
q dzV d Vp p p 0 （ 4 1 ） Ad d (R c R m ) R c
滤饼的平均过滤比阻为
滤饼
脱水区 卸料区
过滤区 滤布清洗区
料浆（或悬浮液）
分配头：
第四章 过滤
ⅡⅢ Ⅳ
Ⅴ
Ⅵ
Ⅰ
Ⅶ
卸料 区
滤布清洗 区
分配头是过滤机的主要部件，它的位置固定不动，通过它控制过滤机各过滤室
依次进行过滤、滤饼脱水、卸料和清洗滤布等过程。分配头一面与真空泵、鼓
风机相联，另一面与筒体上的喉管相通，将筒体分成几个区域。
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4.3.1 真空吸滤盘
真空吸滤盘是间歇式的过滤设备，一般用于小规模生产或试验研究。 其过滤系统见下图。工作过程与实验室常用的布氏漏斗真空抽滤类似，主 要缺点是卸饼阶段需要人工清理，且过滤效果很难保证。
第四章 过滤
4.3.2 转鼓真空过滤机
也叫圆筒型真空过滤机，是连续式过滤机，在工业生产中应用广泛，这种 真空过滤机适合于过滤粒度＜1mm，粘度一般，浓度较高的悬浮液，它 适应性强，工作可靠。 它适合于过滤粒度较细，密度小且不易沉淀的化工物料。在矿物工程中主 要用于过滤各种金属和非金属浮选精料，如：铜、铅、锌、硫、镍、钼、 煤等。